Argonne y SLAC desarrollarán métodos de fotosíntesis artificial para permitir la captura directa de CO 2 en el aire mientras amplían las fuentes de energía mediante la conversión de CO 2 en combustibles y otros productos químicos útiles.
Fotorreactor molecular captura CO2
En este proyecto, los investigadores explorarán un fotorreactor molecular que captura CO2 y lo convierte en combustibles y productos químicos útiles. (Imagen del Laboratorio Nacional Argonne.
Las hojas hacen que parezca fácil, pero capturar y usar dióxido de carbono (CO 2 ) del aire es un proceso difícil de imitar para los científicos.
Para capturar artificialmente el CO 2 , los químicos han desarrollado formas de «depurarlo» del aire utilizando productos químicos que reaccionan muy favorablemente con él. Pero incluso después de capturarlo, a menudo es difícil liberarlo y usarlo para la fotosíntesis artificial.
El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC recibirán $ 4.5 millones durante tres años del DOE para investigaciones destinadas a capturar dióxido de carbono directamente del aire y convertirlo en productos útiles mediante fotosíntesis artificial.
“Estábamos encantados de tener la oportunidad de hacer ciencia nueva y trabajar en este desafío. Sería enormemente satisfactorio abrir un medio nuevo y ecológico de generar energía. Un gran avance en esta área sería el punto culminante de mi carrera «. – Ksenija Glusac, químico Argonne, grupo de conversión de energía solar, división de ingeniería y ciencias químicas
La captura de CO 2 implica atrapar el gas, transportarlo a un lugar de almacenamiento y aislarlo. Juntos, Argonne y SLAC se centrarán en desarrollar métodos fotoquímicos que permitan la captura de CO 2 directamente del aire y que combinen esta captura con la conversión fotoquímica en combustibles y productos químicos de valor agregado.
Su objetivo es mejorar el medio ambiente y expandir las fuentes de energía a través de la conversión de CO 2 en combustibles y otros productos químicos de valor agregado como el metanol y los derivados del ácido acrílico , ambos utilizados por la industria química para fabricar polímeros, incluidas resinas, plásticos y colas. El metanol también se puede utilizar como combustible para generar electricidad.
Ksenija Glusac, químico del grupo de Conversión de Energía Solar en la división de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne, dirigirá los esfuerzos de Argonne como investigador principal del grupo.
Glusac ha trabajado en el campo de la fotosíntesis artificial desde 2000, pero combinar la captura de CO 2 con la fotosíntesis es una nueva dirección para ella y su equipo.
“Estábamos encantados de tener la oportunidad de hacer ciencia nueva y trabajar en este desafío”, dijo Glusac, quien también es profesor asociado de química en la Universidad de Illinois en Chicago. «Sería enormemente satisfactorio abrir un medio nuevo y ecológico de generar energía».
Fotorreactor de Lego molecular
Este fotorreactor estará compuesto por piezas de lego molecular, cada una diseñada para realizar una determinada función: cromóforos que absorben y recolectan la luz solar, moléculas que capturan CO2 de la atmósfera y catalizadores que convierten el CO2 en productos químicos de valor agregado. Crédito: Laboratorio Nacional Argonne
El equipo de Glusac ya ha contribuido significativamente en el campo de la fotosíntesis artificial. Después de años de estudiar la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, ampliaron la comprensión de los científicos sobre lo que sucede en los materiales con respecto a la absorción de luz y la conversión de esa luz en energía.
“El proyecto actual se basa en nuestra amplia experiencia y abre la oportunidad de combinar la captura de CO 2 con la fotosíntesis”, dijo Glusac.
Glusac y su equipo planean usar la fuente de fotones avanzada (APS) de Argonne, la fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford (SSRL) de SLAC y la fuente de luz coherente Linac de SLAC (LCLS), todas son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, para recopilar la absorción y dispersión de rayos X mediciones para comprender mejor los mecanismos de captura y fotoconversión de CO 2 .
El anillo de almacenamiento de alta energía del APS genera haces de rayos X ultrabrillantes y duros para la investigación en casi todas las disciplinas científicas, mientras que SSRL proporciona radiación electromagnética en los reinos de rayos X, ultravioleta, visible e infrarrojo producida por los electrones que circulan en un anillo de almacenamiento. LCLS toma instantáneas de rayos X de átomos y moléculas en funcionamiento, proporcionando detalles de resolución atómica en escalas de tiempo ultrarrápidas para revelar procesos fundamentales en materiales, tecnología y seres vivos.
Glusac y su equipo tomarán estas medidas a partir de muestras de estructuras supramoleculares llamadas MOF (marcos metalorgánicos) que pueden absorber y recolectar luz solar y nodos que albergan dos tipos de catalizadores: catalizadores de reducción que pueden capturar CO 2 del aire y reducirlo. a químicos de valor agregado y catalizadores de oxidación que pueden convertir el agua en oxígeno.
«Nuestro enfoque apunta a combinar la captura de CO 2 y la fotosíntesis artificial en un solo proceso, llamado captura fotorreactiva», dijo Glusac. “Exploraremos los fotorreactores moleculares que pueden eliminar el CO 2 y utilizar la luz solar para convertirlo en productos químicos útiles. Tenemos una gran esperanza para este esfuerzo ”.
El Centro de recursos informáticos de laboratorio de Argonne se utilizará para realizar las investigaciones computacionales de los mecanismos de captura y conversión de CO 2 .
Además de Glusac, el equipo de Argonne incluye a Lin Chen, David Kaphan, Karen Mulfort, Alex Martinson, David Tiede y Peter Zapol. Amy Cordones-Hahn de SLAC completa el grupo.
Los proyectos fueron seleccionados mediante revisión competitiva por pares y apoyados por la Oficina de Ciencias del DOE.
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